Эглинтон Дж., Мэрфи М.Т.Дж. (ред.) Органическая геохимия

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица X-I

Углеводные компоненты осадочных пород [10]

Формация

Возраст

Компоненты Сахаров

Глюкоза

Галак-

тоза

Араби-

ноза

Ксилоза

Рамноза

Стоунхендж

Симпсон

Верхний Шамбер-

сбург

Марделлус

Вудфорд

Де Муэн

Миссури

Леонард

Шулер

Грин-Ривер

Элко

Ордовикский

Среднедевонский

Позднедевонский

Пенсильванский

Пермский

Юрский

Эоценовый

Миоценовый

(? +)

Примечание. Порода обработана горячей 0,5 н. серной кислотой, сахара идентифициро-

ваны хроматографическим методом.

Гон

)нон

но\_/

ОН

ноЬо

Кон

>Н0Н

он

D-Глюкоза

D-Галактоза

D-Манноза

HOH

OH HO^—ООН

OH VTCH

он он

P-D-Фруктоза ct-L-Сорбоза

HOH

C A i-0 J—О

" Hofc)"

" »oVt"°"

но он _ он он

D-Рибоза D-Ксилоза D-Арабиноза

HOi-O

((CH

)HOH

НО ОН

L-Рамноза

Рис. X-I. Моносахариды, найденные в геоло-

гических образцах.

а — гексозы: б — пентозы.

'272

' • о

E-Sswi,,-

SutsJsijS

я iS

к °

««5 SS

la м о и

H £

о. S

х я « «

в ч

о И Р.®

н2 н

^.G

и g

Я"

о,

!>.

яз

Р.

К м

«о

о.

ооо -

OO CT OJ

«Si Vjl

>41

vf<

Vlt

со

Stl

оо

Vfl

со

оо

со

«О

оо

Vf Vf

I СО

СО

те 7

i« I-

н О

О 00

CQ 00

lif

SlI

СО СО -

се

В =

& 3

се о

о g-g g

vg ?°|§

SH"

§5о

Я ^ Я H S ^

S S И З

S « H g

цвлв

о Я в

о «

O-S

В >й я ь

s ®

_ ол

H I=I F

(Я

E-

О)

Р.

се

св

се

св

Рн О —'

Ф И

Ьн

се

о S

се

К о

4«

о л

EKg

g-P-H

§ S

СО

Я"

се

я в

о •

се

=я

га

Я"

О к

о се

g =B

я 3

£ s

>>о

ь«

I a P-

О И Ф

НЛО

« S

§ О

о а И

Ля

=S 'H =K

MH .n I--H JH

а ф

0 5

га

(

се

OHOH

га

«2^2

Ч § Ч

E-I

се

. -

К Ф

W=K

Et Я

Ф H

о К

О К

«Ч'йш

ьЯНс

Я =S

о 3

Eh H

g'B S

Sgg

PHH

=K 3 1 §

a Sn" к

Ifsl

В К

Kggo

4 R в

° 5

=к

«,Яр**

Я*

*®

,и

о =K

•

№

=S ® 3 g=s

я ш Ч

Я я Й

H д

ф "

се

I=C

се

га

я я

к се

Я =K

я к

о а

е 2

S я

се

Р.

се

со

2 2

СО

I=I

Р.

>»

се

со

,о

S 2

Hoo

о -

Рн"?

Эш

S- р.

m ®

се

со

се

со

Р>>

=S =S

ВюН

KN й

O^o

Р.СЧ

2-2

O^O

К I=I

се щ

Ф >.о

- -СО

=K =S

К К vf

Wti

В.О

о P Pco

й S 2 „

tlggo

Я Д

н tt о

Ч §

S S

ее

се

-К

га

я я

E-I E- Pf

О О ф

ф ^^

Я Vf CQ

(В

СО СО — fcH

SSo

се

EЯ

се

га

.—

се

< Ph

га

се се

се

со

се

К —

^ ю

се '—'

R Ph

ф О

я и

се се

Заказ

1039

273

упомянутых выше, для экстракции моносахаридов из пород применялась

горячая разбавленная серная кислота. Основная масса остаточных угле-

водов встречается в природе в виде полимеров или комплексов с гуминовыми

веществами [10, 11].

В табл. Х-2 приведены величины общего содержания углеводов

в осадочных породах. Эти данные получены фенольно-сернокислот-

ным методом для фурфуролов. Исследовались спектры поглощения

окрашенных продуктов сравнением их с максимумом поглощения

D-глюкозы.

COOH

но©"

он

COOH

HOi-O

^нунон

OJl

D-Галактоуроно-

вая кислота

Рис. Х-2. Уроновые кислоты,

найденные в геологических

образцах.

D-Глюкуроновая

кислота

нон

NH,

НО/Ь

I(OH

)HOH

NH,

D-Глюкозамин D-Галактозамин

Рис. Х-4. Аминосахара, най-

денные в геологических об-

разцах.

HOCH

HCOH

Маннит

HCOH

HOCH

HCOH

D-Сорбит

(D-Глюцит)

Рис. Х-3. Многоатомные

спирты, найденные в геоло-

гических образцах.

Углеводы и родственные им вещества, найденные в породах, предста-

влены на рис. X-I—Х-7. Гексозы (рис. Х-1) найдены во многих осадках

[3, 8—10, 12—15]. Однако их конфигурация установлена только для глю-

козы и галактозы. В осадках, породах и ископаемых остатках также были

найдены пентозы неизвестной конфигурации (рис. Х-1), но в несколько

меньших количествах.

Уроновые кислоты (рис. Х-2) обнаружены в осадках и поро-

дах [4, 12]. Автор ориентировочно идентифицировал спирты Сахаров

в девонских породах (рис. Х-3). Аминосахара (рис. Х-4) найдены

в озерных и болотных осадках в ходе анализа на аминокислоты

(рис. Х-5).

Олигосахариды (рис. Х-6) не были достаточно строго идентифициро-

ваны в породах, но из девонских сланцев, содержащих целлюлозу и ламина-

разу, при ферментативном расщеплении были получены целлобиоза, целло-

триоза, ламинарибиоза и т. п.

Несколько неидентифицированных соединений, имеющих низкий коэф-

фициент распределения R

, вероятно олигосахариды, были отмечены на бу-

мажных хроматограммах кислотных гидролизатов из пород девонского

возраста. Крахмал, целлюлоза, маннан и ксилап (рис. Х-7) были найдены

в осадках [12], а целлюлоза и, возможно, крахмал получены из ископаемых

'274

• •

ей

йй

•

S айв я £ «

E S Pb

PЙ

IfrI

а°| §

&§

Bglf

«иa

•

о ч >е< я

- -

S Sgg-S IgISslg

й к ь и во

Sws g

I нпнтту-ffk

HniVttGOUiyDU-DJ [\

HnHDlT

* "'.'•'•''/

-DU-ПНЭф

__ ч. ^ {

Hneodnx С.

HnYiiiaif '^.iy

Innbairden '"'''"

Hn)nndisoEnotfif\/;/

нпнопи/эм'"};I

Hnirvg:'..,

ч(-

<5>- су

«41

СУ

J I!

\ ' =

!И

нHwoeouiwOLTOj \ \ |

иэф

с: с

' 1

HnwDCOHOJl/J yi

и/ЭИ/

иод С

"с

VO-CJ-CP

«У

СУ

«5Г

«Sr

э Уп о и г

«а

о U

НЭф i

dnj

VW^Si

irng

л—

«Sr

С*

18*

275

остатков [2]. Ламинаран получен из девонских сланцев [4], а хитин из иско

паемых насекомых [16]; в осадках также ориентировочно определены бакте

риальные полисахариды [17] (рис. Х-7).

OH CH

он он

Целлобиоза

4-0-Р-Б-Глюкопиранозил-

D-глюкоза (также

целлотриоза)

Ламинарибиоза

З-О-Р-О-Глюкопиранозил-В-

глюкоза (также

ламинаритриоза, -тетраоза,

-пентаоза, -гекоаоза)

Рис. Х-6. Олигосахариды — продукты ферментативного

разложения глюкозан- и ламинаран-полисахаридов, вы-

деленных из геологических образцов.

HOH

он

п(=~300)

Амилоза

CH он

Целлюлоза

HOH

п(=?)

Маннан (возможны 1,3—1,4- и другие связи)

ОН

VOH -°иМ| _ KOH

A-O

HOH

Ксилан (возможны 1,3—1,4- и другие связи, например водорослевые

ксиланы)

'276

Бактериальные полисахариды

(сахарид из пневмококка, тип III)

Рис. Х-7. Полисахариды, найденные в геологиче-

ских образцах.

II. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕВОДОВ

Изучение углеводов в геологических объектах, включая современные

осадки, породы и ископаемые биологические остатки, ставит следующие

задачи: во-первых, выяснить, содержит ли образец какую-либо форму угле-

водного материала; во-вторых, определить его общее количество; в-третьих,

установить, какие содержатся моносахариды и в каких количествах; в-чет-

вертых, какие могут содержаться полимерные соединения, включая поли-

сахариды, и их количество. И наконец, попытаться установить источники

образования, условия седиментации и диагенеза и возможные эволюционные

пути углеводных остатков.

Рекомендуемая методика исследования образцов, в которых, как пред-

полагают, содержатся углеводы, заключается в следующем: 1) проводится

качественная проба на присутствие углеводов с помощью фенол-серной ки-

слоты или (менее желательно) кипячением образца с кислотой; 2) если при-

сутствуют углеводы, то образец анализируется на содержание свободных

Сахаров с помощью водной экстракции и хроматографии или на содержание

'277

компонентов связанных Сахаров методами кислотной экстракции и хромато-

графии; 3) образец анализируется на содержание глюкозы, галактозы и дру-

гих моносахаридов ферментативным методом, который позволяет установить

их строение; 4) если имеется достаточное количество образца, то проводится

его ферментативный анализ на полисахариды; 5) полученные результаты

сравниваются с анализами фрагментов современного геохимического ма-

териала.

Порода и ископаемые углеводсодержащие образцы подготавливаются

путем очистки внешних поверхностей от грязи, растительных остатков и вы-

ветренных участков; поверхность промывается раствором концентриро-

ванной хромовой кислоты для разрушения загрязняющего органического

материала; образец размалывается и дробится в стерильных условиях;

полученные порошки хранятся в стеклянной посуде.

Для каждой из описанных методик проводятся холостые опыты и конт-

роль качества реактивов. В зависимости от применяемых методов погреш-

ность определений составляет от 1 до 5 частей на миллион для большинства

колориметрических и хроматографических определений и от 0,1 до 1 части

на миллион для ферментативных и некоторых газохроматографических

определений.

III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО КОЛИЧЕСТВА УГЛЕВОДОВ

А. Методика

Если углеводный материал содержится в образце в незначительных

количествах (в виде следов), то он может быть обнаружен качественно 12%-

ной соляной кислотой, дающей реакцию на пентозы и гексозы. При этом

образуются соответственно фурфурол

и 5-оксиметилфурфурол (рис. Х-8).

Анализ усложняется за счет захвата при

экстракции соляной кислотой углеводо-

родов, гетероциклических соединений

и других веществ из образца [7].

Б. Реакция с фенолом и серной кислотой

Для определения общего количества

углеводов при низких концентрациях

в образце полезно использовать метод

М. Дюбуа и др. [18]. Простые сахара,

олигосахариды, полисахариды и их про-

изводные, включая метиловые эфиры,

содержащие свободные или потенциально

свободные восстанавливающие (=СНО)

группы, при обработке фенолом и серной

кислотой образуют растворы желто-оран-

жевого цвета.

Рис. Х-8. УФ-спектры поглощения фурфурола

и 5-оксиметилфурфурола, полученных в резуль-

тате обработки соляной кислотой соответственно

арабинозы и глюкозы.

рН спектрометрируемых растворов равен 3 [6].

200 240 280 520

Длина волны, HM

'278

IV. МОНОСАХАРИДЫ

А. Водная экстракция свободных моносахаридов

Размельченные образцы современных осадков (1—5 г) или породы

•(500—1000 г) подвергают экстракции дистиллированной водой в течение

8—10 ч с обратным холодильником при температуре кипения смеси.

Смесь центрифугируется, затем обессоливается, вначале добавлением

этанола, а затем с помощью электрообессоливания или ионообменных смол.

Обессоленный раствор концентрируется до заданного объема. Обессолива-

ние проводится на смоле Дауэкс-50 (H

-форма) или другой подобной катионо-

обменной смоле, затем раствор пропускается через Дуолит А-4 (ОН"-форма)

или сходный слабый анионообменник и наконец снова через Дауэкс-50 или

Амберлит IR-20 (H

-форма). Для этого три ионообменные колонки монти-

руют вертикально одну над другой.

Б. Экстракция свободных моносахаридов спиртом

Для экстракции свободных Сахаров вместо воды можно использовать

этиловый спирт. Раствор обессоливается на ионообменных смолах и концент-

рируется до стандартного объема (как указано выше)..

В. Кислотная экстракция моносахаридов

Назначение этого метода состоит в том, чтобы полностью гидролизовать

все углеводные полимеры образца и идентифицировать связанные компо-

ненты Сахаров. Количество образцов берется примерно то же, что и для ки-

слотного гидролиза.

Первоначально определяют щелочные компоненты породы, для чего

предварительно экстрагируют кислотой измельченную навеску породы

в 1 г и затем проводят обратное титрование раствором NaOH в присутствии

фенолфталеина. Измельченный образец кипятят с обратным холодильником

в течение 8—10 ч с 0,5 н. серной кислотой или обрабатывают холодной кон-

центрированной (72%) серной кислотой в течение 2—4 ч, а затем раствор

разбавляют до 0,5 н. и экстрагируют, как описано выше. Гидролизат центри-

фугируют, а раствор нейтрализуют BaCO

, после чего обессоливают и кон-

центрируют. При нейтрализации и концентрировании рН поддерживают

равным 5—7; следует избегать повышенной щелочности, поскольку она ве-

дет к расщеплению углеводов.

Г. Инфракрасные спектры моносахаридов

Первоначальные представления о строении углеводсодержащего образца

можно получить на основании спектрального анализа в инфракрасной

области [19]. Кроме области валентных колебаний связей C-H (2800—

3000 см

-1

) и области симметричных плоскостных деформационных колеба-

ний групп CH

(1400—1460 см

-1

), характерных для целлюлозы, для кольца

пиранозы часто используют следующие полосы поглощения, хотя они недо-

статочно избирательны: 967, 917, 891, 880, 867, 844 и 770 см"

. Инфракрасные

спектры, а также спектры ядерного магнитного резонанса [20] применя-

ются в основном для структурных исследований углеводов.

'279

Д. Бумажная хроматография моносахаридов

Разделение углеводных экстрактов, содержащих моносахаридов 5 или

больше частей на миллион, проводится на фильтровальной бумаге ватман

№ 1. В качестве растворителей используются системы бутанол : уксусная

кислота : вода (4:1: 5) или пиридин : этилацетат : вода (1:1:3 или

а.

' '

0 JL

0000

п fi

000

(Tl

г\

000®

(Г

0 0

0°

Г\

I /

Рис. Х-9. Бумажные хроматограммы углеводов, выделенных при геохимических иссле-

дованиях пород [3].

а — пачка среднепермских известняков Леонард, Уорд Каунти, Техас (2 обр. проявлены в разных рас-

творителях); б — среднепенсильванский известняк Миссури или Де Муен, Том Грин Каунти, Техас;

в — среднеордовикский известняк Симпсон, Техас; г — нижнеэоценовый битуминозный сланец Грин-

Ривер, горизонт Махогани, Уинта Каунти, Юта.

Растворители: а, и б — бутиловый спирт : этиловый спирт : Н,0 (4:1:5), аммиачный раствор AgNO

;

и г— пиридин : этилацетат : H

O (2:5: 7), аммиачный раствор AgNO

; в — бутиловый спирт : этило-

вый спирт : H

O (4:1: 5), п-анизидин — HCl. 1 — глюкоза; 2 — галактоза; 3 — фруктоза; 4 — рибоза;

S — ксилоза; в — арабиноза; 7 — рамноза; 8 — целлобиоза; 9 — глицерин; 10 — AgNO

(соль); 11 —

не идентифицировано.

2:5:7). На хроматограмму наносится от 1 до 80 мкл образца. При проявле-

нии, которое занимает около 24 ч, хроматограмма опрыскивается одной

из следующих смесей: анилин : фталевая кислота : вода, насыщенная бу-

танолом (0,9 г : 1,6 мл : 100 мл) [21]; 3%-ным раствором солянокислого

и-анизидина в водном бутаноле [22] или смесью равных объемов 2 н. AgNO

и концентрированного аммиака.

Одновременно с исследуемыми образцами проводят хроматографиче-

ский анализ смеси стандартных моносахаридов (рис. Х-9). Проявленную

и высушенную хроматограмму разрезают на полоски, которые измеряют

в денситометре. Если используется стандартный денситометр, то количе-

'280

ственные подсчеты проводят, умножая площадь пятна на плотность окраши-

вания.

Другой метод заключается в использовании записывающего денсито-

метра и интегратора, что позволяет получать более воспроизводимые резуль-

таты.

Бумажная хроматография Сахаров обычно дает воспроизводимость

10-15%.

Е. Автоматический анализатор углеводов

Недавно описан анализатор углеводов, подобный автоматическим при-

борам для анализа аминокислот [23]. Смеси Сахаров разделяются в виде

боратных комплексов на сильноосновной анионообменной смоле в боратной

форме путем элюирования боратными буферными растворами. Элюат непре-

рывно взаимодействует со смесью фенол — серная кислота, а прибор изме-

ряет и регистрирует абсорбцию окрашенных продуктов реакции.

Ж. Тонкослойная хроматография углеводов

Экстракция и концентрирование свободных или полимеризованных угле-

водов проводятся с помощью методов, описанных выше. Пластинки для

тонкослойной хроматографии готовят, используя силикагель и сульфат

Рис. X-10. Тонкослойная одно-

мерная хроматограмма моносахари-

дов на силикагеле (марки East-

man К 301 R).

Растворитель: бутанол : уксусная кисло-

та : вода (4:1: 5); проявители: анилин

и фталевая кислота; окраска пятен: ко-

ричневая (к), красновато-коричневая (кк).

кальция, кизельгур G, порошок целлюлозы или готовые пластинки марки

EastmaD K301R.

Хроматограммы проявляют в системах бутиловый спирт : уксусная

кислота : вода (4:1:5); пропиловый спирт : этилацетат : вода (3:2:1)

или этилацетат : пиридин : вода (1:1:3) и выдерживают с одним из ра-

створителей, указанных выше (рис. Х-10) [24].

3. Газовая хроматография углеводов

Индивидуальные сахара можно разделить на хроматографических ко-

лонках в виде их метиловых эфиров, ацетатов, а также триметилсилил-

или хлорметилдиметилсилилпроизводных.

Полностью или частично метилированные глюкозиды [25, 26] получают

кипячением метилируемых Сахаров с метанольным раствором HCl в течение

нескольких часов.

Метилгликопиранозиды разделяют на Апиезоне М, нанесенном на це-

лит 545, или па других подобных колонках, используя детекторы по тепло-

проводности. Возможно использование пламенно-ионизационного детектора.

Одна из основных трудностей при этом, как и при других методах получения

производных Сахаров, заключается в образовании аномеров.

кк {J кк

« к о 0 5 .

О о

/А

Глю Чан Kcu Pa Риб Ара Гая

'281